我們的銀河系中大約有數(shù)十億顆恒星。如果每顆恒星都至少有一顆行星，銀河系中將有1000億至4000億顆行星。這當(dāng)中是否有類(lèi)似地球的行星？在那上面是否有像人類(lèi)一樣的智慧生命？這一直是天文學(xué)家探尋的目標(biāo)。

很長(zhǎng)時(shí)間里，我們對(duì)行星的認(rèn)識(shí)僅局限于太陽(yáng)系內(nèi)的八大行星，直到1995年，天文學(xué)家才第一次發(fā)現(xiàn)了圍繞一顆類(lèi)太陽(yáng)恒星公轉(zhuǎn)的系外行星——飛馬座51b。不過(guò)在此后20年，人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的系外行星總數(shù)超過(guò)了4000顆，其中與地球相似的超級(jí)地球尤其引人注目。

3月5日，《科學(xué)》雜志上的一篇論文報(bào)告說(shuō)，天文學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了一顆超級(jí)地球，名叫Gliese 486b。難得的是，這顆超級(jí)地球上仍然保留著大氣成分，使得它沒(méi)有那么熾熱，并且成為天文學(xué)家進(jìn)行行星大氣研究的理想之地。有大氣的超級(jí)地球Gliese 486b 是一顆巖質(zhì)行星，質(zhì)量為地球的2.8倍，半徑為地球的1.31倍，相當(dāng)于一顆超級(jí)地球。它的“太陽(yáng)”是一顆紅矮星，Gliese 486b 圍繞著這顆紅矮星，公轉(zhuǎn)半徑僅為250萬(wàn)公里，是目前發(fā)現(xiàn)的公轉(zhuǎn)軌道最靠近恒星的系外行星之一。與之相應(yīng)，它的公轉(zhuǎn)周期非常短，只有1.5天，是超級(jí)地球的短周期版本，非常特別。距離恒星越近，行星受到近日物質(zhì)的干擾會(huì)更嚴(yán)重，紅矮星上爆發(fā)的耀斑也會(huì)直接作用在行星上，導(dǎo)致行星表面環(huán)境變得慘不忍睹。在如此惡劣的情況下，行星的大氣物質(zhì)往往會(huì)剝離、丟失，變得像彗星一樣，一邊公轉(zhuǎn)一邊拖著自己丟失的大氣尾巴。但 Gliese 486b 還保留著由氫氣和氦氣構(gòu)成的大氣層，因而非常具有研究?jī)r(jià)值。

過(guò)去數(shù)年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的大多是短周期的氣態(tài)行星，而 Gliese 486b 是像地球一樣的巖質(zhì)行星。借助它，我們能夠研究在距離恒星如此近的軌道上，類(lèi)地行星是如何丟失大氣物質(zhì)的，以及在剝離大氣之后，行星表面會(huì)發(fā)生什么樣的變化。事實(shí)上，這正是地球未來(lái)的命運(yùn)，隨著太陽(yáng)進(jìn)入紅巨星階段并向外膨脹，地球?qū)⒈粍?dòng)成為這樣一顆短周期行星。因此，看到Gliese 486b，就像是看到地球命運(yùn)的預(yù)演。

超級(jí)地球Gliese 486b的表面可能流淌著火山熔巖。RenderArea

它會(huì)是宜居行星嗎？

Gliese 486b 行星的表面溫度預(yù)計(jì)為430°C，不算太熱，比金星的表面溫度還要低一些。但對(duì)于我們所理解的生命形式而言，還是太過(guò)炙熱。相比于其他短周期行星，Gliese 486b的表面溫度其實(shí)已經(jīng)算是偏低的。比如距離地球41光年的巨蟹座55E系外行星，表面溫度達(dá)到了2300°C。Gliese 486b的溫度之所以比較低，可能正是受到大氣層的影響，這也是它值得被研究的一個(gè)關(guān)鍵原因。

事實(shí)上，目前在冊(cè)的幾乎所有短周期系外行星都不適合宜居。

首先，它們公轉(zhuǎn)軌道半徑太小，會(huì)受到主星的深度影響，最直接的干擾就是表面溫度極高。

其次，短周期系外行星絕大部分可能被潮汐鎖定，一面永遠(yuǎn)朝向恒星，溫度極高，另一面則背向恒星，永遠(yuǎn)處于黑暗中，就像月球只有一面朝向地球那樣，結(jié)果不僅溫度極端，光照條件也非常極端，對(duì)整個(gè)行星的大氣循環(huán)極為不利。

第三，恒星的耀斑會(huì)直接作用到行星上，在面向恒星的一面產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，對(duì)我們所理解的生命形式極為不利。由此可見(jiàn)，超級(jí)地球 Gliese 486b 實(shí)際上并不宜居。那么宜居到底意味著什么呢？或許不單單是找到另一個(gè)地球那么簡(jiǎn)單。

開(kāi)普勒452b也是一顆超級(jí)地球，是最像地球的行星之一。但超級(jí)地球并不必然適宜人類(lèi)居住。NASA/Ames/JPL-Caltech

宜居就意味著尋找“地球2.0”？

說(shuō)到宜居的系外行星，我們想象的一般是“地球模式”。它滿足以下一些基本條件：首先，恒星表面溫度合適，且壽命較長(zhǎng)，有足夠的時(shí)間讓生命演化。其次，行星需要處于恒星周?chē)囊司訋?，不冷不熱，允許水以液態(tài)形式存在。此外，行星軌道要足夠穩(wěn)定，不能無(wú)緣無(wú)故就受到天體撞擊，導(dǎo)致生命滅絕?；揪褪且业揭粋€(gè)個(gè)“地球2.0”。畢竟我們目前所知的是，像地球這樣的行星確實(shí)可以孕育生命。

人類(lèi)如果想要為未來(lái)星際移民尋找目的地，大概也要按這樣的標(biāo)準(zhǔn)不斷搜尋。可是如果要通過(guò)層層條件的篩選，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)宜居的系外行星少之又少，僅恒星類(lèi)型這一點(diǎn)就淘汰了銀河系內(nèi)90%的恒星。

不過(guò)我們可以退一步想想，宜居行星就必需像地球一樣嗎？比如，我們通常認(rèn)為，水是生命不可缺少的重要成分，但生命真的需要水么？它們必須是碳基生命嗎？甚至，其所在行星一定需要太陽(yáng)輻射來(lái)獲得能量嗎？或許并不一定。

在宇宙的極端環(huán)境中，可能生存著超出我們理解范圍的生命形式，就像科學(xué)家曾經(jīng)在地球的深海熱泉口發(fā)現(xiàn)一個(gè)全新的生機(jī)勃勃的生命世界一樣。隨著系外行星探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，在未來(lái)，無(wú)論是宜居行星，還是超級(jí)地球，都會(huì)越來(lái)越多。

人類(lèi)或許需要擴(kuò)展自己的想象力，明白宜居行星未必能孕育生命，而不在宜居帶的星球上，也可能寄居著奇特的外星生命。畢竟，在銀河系的大約數(shù)十億顆恒星中，有些恒星像太陽(yáng)一樣，有多個(gè)行星圍繞著運(yùn)轉(zhuǎn)，有些時(shí)候則是一個(gè)行星繞著兩顆恒星旋轉(zhuǎn)——在這些星球上，即使影子也不會(huì)孤獨(dú)。所以，誰(shuí)知道宇宙的可能性有多寬廣呢？

系外行星Kepler-16b圍繞著兩顆恒星公轉(zhuǎn)，在那里，影子也不會(huì)孤獨(dú)。

編輯｜陳天真

參考鏈接https://science.sciencemag.org/content/371/6533/1038https://physicsworld.com/a/super-earth-is-astronomers-dream-for-atmospheric-studies/

文章由“科普研習(xí)社”（ID：cspbooks）公眾號(hào)發(fā)布，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。


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